Oädla legeringar för metallkeramik: Basmetallegeringar

Transkript

1 Oädla legeringar för metallkeramik: Basmetallegeringar

2 Socialstyrelsen klassificerar sin utgivning i olika dokumenttyper. Detta är ett Underlag från experter. Det innebär att det bygger på vetenskap och/eller beprövad erfarenhet. Författarna svarar själva för innehåll och slutsatser. Socialstyrelsen drar inga egna slutsatser i dokumentet. Experternas sammanställning kan dock bli underlag för myndighetens ställningstaganden. Artikelnr Publicerad: oktober

3 Innehåll Definitioner 5 Introduktion 6 Sammansättning 7 Egenskaper 9 Mekaniska egenskaper 9 Korrosion 10 Biologiska egenskaper 10 Tandtekniska aspekter 12 Fördelar och nackdelar 13 Ekonomiska aspekter 13 Klinisk dokumentation 13 Sammanfattning 14 Kunskapslänkar 15 Referenser 16 Dokumentinformation 19 3

4 4

5 Definitioner En legering är en substans med metalliska egenskaper och som är sammansatt av två eller flera kemiska element, varav ett måste vara en metall (1). Basmetallegeringar innehåller mindre än 25 vikt% ädelmetall enligt en klassifikation från American Dental Association (2). I praktiken innehåller emellertid de flesta basmetallegeringar ingen ädelmetall. Dessa betecknas följaktligen som oädla. De delas bland annat in i kobolt-kromlegeringar och nickel-kromlegeringar. Det finns även andra basmetallegeringar (t ex baserade på titan), men de exkluderas från denna framställning, då användning av sådana legeringar för fast protetik knappast förekommer i Sverige. 5

6 Introduktion Basmetallegeringar har använts inom svensk odontologi sedan mycket lång tid och då främst för skelett till avtagbara partiella plattproteser. Oftast använda har kobolt-kromlegeringar varit. Den sannolikt mest kända produkten är Vitallium (Austenal, Köln, Tyskland), vars namn blivit närmast synonymt med denna legeringstyp (3). Flera faktorer har spelat stor roll för det ökade intresset för koboltkromlegeringar. En äldre förordning om användningen av dentala gjutlegeringar upphävdes 1999, varefter det är tillåtet att använda oädla legeringar för fast cementering (4, 5). Materialkostnaden för basmetallegeringar är nästan försumbar. Kobolt-kromlegeringarnas låga pris utgör således ett ekonomiskt incitament för användning inom kron- och broprotetiken. Föreliggande kunskapsdokument är huvudsakligen inriktat på koboltkromlegeringar för metallkeramik. 6

7 Sammansättning I en nämnd metallegering står alltid den metall, som det finns mest av (i vikt%), först i benämningen. Huvudbeståndsdelarna i kobolt-kromlegeringar och nickel-kromlegeringar är således kobolt (Co) respektive nickel (Ni). Benämningen krom-koboltlegeringar är inte ovanlig, men felaktig. Att kalla basmetallegeringar för stål är helt irrelevant, eftersom stål är en förening av järn (Fe) och högst 2 vikt% kol (C). Inom odontologin har kobolt-kromlegeringar sedan slutet av 1920-talet huvudsakligen använts för skelett till partialproteser. I koboltkromlegeringar utgörs huvudkomponenten av metallen kobolt, ca 60 vikt%. Förutom kobolt är krom (Cr) den näst viktigaste beståndsdelen, vikt%. Därutöver finns ofta mindre mängder molybden (Mo), volfram (W) samt tillsatser av t.ex. kisel (Si), mangan (Mn), järn, cerium (Ce) och kol (C), se Tabell 1. Tabell 1. Genomsnittlig sammansättning hos några typer av basmetallegeringar (efter Wataha J, 2002; (6)). Typ av legering Genomsnittlig sammansättning (huvudbeståndsdelar), vikt% Ni-Cr-Be Ni 77, Cr 13, Be 2, C 0,1 Ni-Cr ( hög-cr ) Ni 65, Cr 23 Ni-Cr Ni 69, Cr 16 Co-Cr Co 56, Cr 25 Användningen av basmetallegeringar för metallkeramik i USA domineras av nickel-kromlegeringar medan kobolt-kromlegeringar dominerar i Europa och Japan (6). I Sverige används uteslutande kobolt-kromlegeringar för både avtagbar och fast protetik. Dock är de respektive legeringarna anpassade för sitt speciella användningsområde. Kobolt-kromlegeringar speciellt avsedda för kron- och broprotetiska arbeten för metallkeramisk teknik har sålunda optimerats bl a med avseende på bindningsstyrkan för keramen samt den termiska expansionen. Sammansättningen hos några olika kobolt-kromlegeringarna är relativt likartad med ett koboltinnehåll på >60 vikt% och ett krominnehåll på >25 vikt%, respektive ett molybdeninnehåll på minst 5 vikt% (Tabell 2). Det bör observeras att det inte är möjligt att, enbart utifrån fabrikantens angivelse av en kobolt-kromlegerings sammansättning, avgöra om legeringen är anpassad och lämpad för metallkeramiska arbeten. Legeringar kan uppträda på olika sätt även om sammansättningen är relativt likartad. Därför bör fabrikantens rekommendationer och anvisningar följas. 7

8 Tabell 2. Den procentuella (vikt%) sammansättningen hos tre olika kommersiella kobolt-kromlegeringar. Bondi-Loy (Austenal, Köln, Tyskland) och Wirobond C (Bego, Bremen, Tyskland) är avsedda för metallkeramik, medan Chromodur (Austenal, Köln, Tyskland) är avsedd för skelett till partialproteser. Sammansättning enligt fabrikanternas uppgifter. Bondi-Loy Wirobond C Chromodur Co 66, Cr Mo 5 6 5,5 Återstående till 100% Si, Mn W, Si, Fe, Ce, C Mn, Si, C 8

9 Egenskaper En legerings egenskaper bestäms av dess sammansättning, dess termiska och dess mekaniska historia. De enskilda metallernas egenskaper styr hur legeringen uppträder, varför sammansättningen är den faktor som har störst betydelse. Därutöver påverkas legeringens egenskaper i hög grad av det sätt på vilket legeringen hanteras i samband med gjutning, lödning och annan värmebehandling (inklusive den vid porslinsbränning). Dessutom har också kallbearbetningen (slipning, polering, osv.) stor betydelse för legeringars egenskaper. T ex har den mekaniska behandlingen av den oxiderade legeringsytan avgörande betydelse för kvaliteten hos porslinsbindningen. Mekaniska egenskaper De mekaniska egenskaperna hos basmetallegeringar är i några avseenden överlägsna dem hos de guldbaserade legeringarna. I Tabell 3 exemplifieras hållfasthetsegenskaperna hos två olika kobolt-kromlegeringar för metallkeramiska arbeten och en ädel metallkeramiklegering. Alla tre är CE-märkta och uppfyller kraven i gällande ISO-standarder (7-9). Viktigast är elasticitetsmodulen (ett uttryck för ett materials styvhet). Den är dubbelt så hög för kobolt-kromlegeringarna som hos de guldbaserade legeringarna. Hårdheten är högre samtidigt som proportionalitetsgränsen (gränsen för när, under belastning, ett material övergår från att deformeras elastiskt till att deformeras plastiskt) är i ungefär samma storleksordning. Temperaturen för att smälta en kobolt-kromlegering är betydligt högre. Kobolt bidrar till legeringens hårdhet och elasticitetsmodul, men hållfastheten gynnas också av molybdeninnehållet (10). Innehåll av någon tiondels vikt% kol ökar hårdheten signifikant genom bildning av karbider. När hög elasticitetsmodul, hårdhet och styrka önskas är en basmetallegering innehållande kol att föredra (6). En hög hårdhet minskar emellertid möjligheten till bearbetning av metallegeringen, då hårdheten är omvänt proportionell med duktiliteten (töjbarheten) (i dental litteratur även uttryckt som elongationen). 9

10 Tabell 3. Mekaniska egenskaper samt smältintervall (fabrikanternas uppgifter) hos två kobolt-kromlegeringar: Bondi-Loy (Austenal, Köln, Tyskland) och Wirobond C, (Bego, Bremen, Tyskland) samt en högguldlegering (M-3, KAR Sjödings, Kista, Sverige). Samtliga legeringar är avsedda för metallkeramiska arbeten Bondi-Loy Wirobond C M-3 Elasticitetsmodul, MPa Hårdhet, Vickers ,2% Proportionalitetsgräns, MPa Smältintervall, C Jämfört med kobolt-kromlegeringar har nickel-kromlegeringar lägre smälttemperatur, lägre värden för hårdhet och elasticitetsmodul samt högre duktilitet. Beryllium tillsätts vissa nickelbaserade legeringar för att reducera smälttemperaturen och därmed underlätta gjutningen (6). Korrosion Kobolt-kromlegeringar, liksom övriga basmetallegeringar, är oädla. Mikrostrukturen är heterogen och flera faser förekommer, vilket är en omständighet som gynnar uppkomsten av korrosion (10). Innehållet av krom gör dock legeringen motståndskraftig mot korrosion genom bildning av ett elektrolytiskt passiverande ytlager av kromoxider. Kobolt-kromlegeringar är därför relativt korrosionsresistenta (elektrokemiskt passiva), som exempel se Mezger et al, 1988 (11) och Viennot et al, 2005 (12). Frisättningen av metalljoner i munhålan är således i allmänhet förhållandevis låg. Emellertid är korrosionsbenägenheten, särskilt hos nickelbaserade legeringar, förhöjd i sur miljö (13). Utlösningen av legeringselement in vitro var betydligt större hos fyra nickel-kromlegeringar än hos fyra koboltkromlegeringar (14). Utlösning av metalljoner från kobolt-kromlegeringar har också kunnat påvisas in vivo (15, 16). Biologiska egenskaper Korrosion och frisättning av metalljoner är en nödvändig förutsättning för interaktion med biologisk vävnad och därmed uppkomst av biologiska effekter (17). Även mekanisk nötning har betydelse för frisättning av metaller. Nötning av legeringsytan, t ex till följd av tandborstning, resulterade in vitro i förhöjd frisättning av legeringselement (18). På grund av den snabbt ökande användningen av basmetallegeringar (och särskilt dem som innehåller nickel) i USA har riskerna för både patient och tandvårdspersonal uppmärksammats (19-25). Det biologiska svaret på en exponering beror på vilket element som löses ut och i hur stor mängd, samt durationen för vävnadsexponeringen. Exponering kan ge upphov till mutagena, systemtoxiska, lokaltoxiska och allergiska effekter. 10

11 Toxiska och carcinogena effekter Toxiska effekter är dosberoende. Det saknas stöd i vetenskaplig litteratur för att dentala legeringar är carcinogena och systemtoxiska effekter har inte heller kunnat påvisas (17). Lokaltoxiska effekter har kunnat visas från koppar-zinklegeringar som applicerats på hundtänder (26). Jämfört med ädla legeringar visade sig basmetallegeringar, särskilt sådana baserade på nickel, ge upphov till kraftigare vävnadsreaktioner från implanterade provkroppar på råtta (27). I en studie av celltoxicitet, uttryckt som hämmad celltillväxt och mitokondrierespiration hos jästceller, visade sig toxiciteten hos ett antal metalljoner avta i följande ordning: Hg>Ag>Au>Cu, Ni, Co, Zn (28). I en cellkulturstudie var en kopparbaserad legering den mest cytotoxiska, medan nickel-kromlegeringar och kobolt-kromlegeringar resulterade i cytotoxiska effekter närmare dem hos kontrollegeringen, som utgjordes av en guldlegering (29). Varken mutagena eller carcinogena effekter av en CoCrMolegering kunde påvisas in vitro (30). Allergiska effekter Metalljoner kan inte ensamma agera som allergener, utan måste binda till molekyler för att ett allergiskt svar från vävnaden skall kunna uppstå. Allergiska reaktioner är icke-dosberoende, men det anses att ett tröskelvärde existerar under vilket ingen reaktion uppträder. Femton procent av populationen anges vara överkänsliga för nickel, 8 procent för kobolt och 8 procent för krom (17). Exponeringsfrekvensen för de olika metallerna varierar dock kraftigt i populationen. Risken för exponering för nickel är inte bara stor, förutsättningarna för frisättning av nickeljoner är också betydande. Kobolt och krom visade sig, näst efter nickel, ge upphov till de svåraste överkänslighetsreaktionerna vid lapptest på försökspersoner (31). I en retrospektiv klinisk studie avseende biverkningar från gjutlegeringar bedömdes i mindre än 10% av fallen allergi kunna var bidragande till patienternas besvär (32). Hos personer överkänsliga för kobolt och/eller krom kan användningen av kobolt-kromlegeringar utgöra en allergirisk. Nickelbaserade basmetallegeringar bör pga. sensibiliseringsrisken för nickel helt undvikas, särskilt som det finns andra legeringar som kan användas (33). Möjliga samband mellan förekomsten av dentala rekonstruktioner innehållande en eller flera av metallerna nickel, kobolt eller krom och allergiska reaktioner och därmed sammanhängande problematik diskuterades i en översiktsartikel av Hildebrand et al, 1989 (34). 11

12 Tandtekniska aspekter Färgen hos och tjockleken på metalloxiden är viktiga faktorer vid framställning av metallkeramiska arbeten. Under oxideringsmomentet bildas hos kobolt-kromlegeringar en svart oxid, som tenderar att vara tjockare än den hos guldlegeringar. Oxiden är skörare och svagare än både legering och porslin. Därför är det viktigt att oxidskiktets tjocklek ej blir för stor. För att erhålla en god estetik är det nödvändigt att opakporslinet maskerar den mörka oxiden effektivt. Det, jämfört med högguldlegeringar, betydligt högre smälttemperaturintervallet gör att risken för att götet deformeras under porslinsbränningen är reducerad. Den termiska expansionen hos kobolt-kromlegeringar för metallkeramik är av fabrikanten anpassad så att samma porslin som för högguldlegeringar kan användas. Kobolt-kromlegeringars termiska expansion är större än guldlegeringars. Därför är det nödvändigt att anpassa modellteknik, vaxteknik, styrningen av expansion vid inbäddning, samt gjutning för att ett välpassande göt skall erhållas. Lödning av kobolt-kromlegeringar har ägnats viss uppmärksamhet. Starkare lödfogar mellan basmetallegeringar jämfört med en guldlegering har visats (35). Varken mikrostruktur eller hårdhet hos kobolt-kromlegeringar synes påverkas av lödning (36). Värmebehandling som den som erhålls vid porslinsbränning hade liten effekt på de mekaniska egenskaperna hos kobolt-kromlegeringar, även om vissa blev signifikant hårdare (37). I samband med gjutning och bearbetning av berylliumhaltiga legeringar riskerar beryllium i gasform respektive slipstoft att inhaleras av tandteknikern. Då beryllium är carcinogent är detta ett allvarligt arbetsmiljöproblem (17). Om en legering innehåller mer än 0,1 vikt% nickel eller mer än 0,02 vikt% beryllium eller kadmium skall förpackningen vara försedd med en varningstext, som namnger substansen och anger det procentuella innehållet (8). För ytterligare läsning om tandtekniska aspekter hänvisas till kunskapsdokumentet Basmetallegeringar för metallkeramik tandtekniska aspekter (38). 12

13 Fördelar och nackdelar I det individuella fallet måste en för patienten relevant risk/benefit-analys göras. Fördelar hos ett givet dentalt material måste vägas mot dess nackdelar. Kobolt-kromlegeringars goda mekaniska egenskaper, främst den jämfört med guldlegeringar och titan dubbla E-modulen, innebär fördelar vid långa brospann. Fördel finns också när dimensionering i belastningsriktning försvåras av låg betthöjd/låga kliniska kronor. Vidare kan substansavverkningen göras mindre när man avser att använda en kobolt-kromlegering. Till nackdelarna hör risken för överkänslighetsreaktioner för kobolt och krom. Tandtekniken är mer omständlig (jämfört med guldlegeringar). Porslinsbindningen är viktig att kontrollera. Den, jämfört med guldlegeringar, större hårdheten innebär att skärande bearbetning tar längre tid och är tyngre ur ergonomisk synvinkel, både för tandteknikern och för tandläkaren. Ekonomiska aspekter En faktor som talar till kobolt-kromlegeringars fördel är priset. Materialkostnaden är nästan försumbar. Tillägg till arvodet från det tandtekniska laboratoriet är dock mer regel än undantag. Detta är emellertid fullt försvarbart med tanke på det merarbete som krävs. Vid stora rekonstruktioner, där legeringsvolymen är betydande, kan den ekonomiska besparingen ändå bli substantiell. För många patienter kan prisskillnaden mellan en guldlegering och en basmetallegering vara avgörande. Klinisk dokumentation Beträffande kobolt-kromlegeringar för metallkeramik saknas kontrollerade, randomiserade kliniska studier (CRT). Ända tills nyligen har också välgjorda retrospektiva kliniska studier saknats. År 2007 publicerades dock en retrospektiv studie av metallkeramiska broar i kobolt-krom och publikationen redovisar goda behandlingsresultat efter 3-7 år (39). Det måste ändock konstateras att användandet av kobolt-kromlegeringar för metallkeramik tills vidare i huvudsak stöds av prekliniska studier samt beprövad erfarenhet, eftersom det saknas klinisk evidens. Därför finns anledning att understryka att användningen av denna metallkeramiska teknik skall vara välgrundad och att det förutsätts att patienten ger sitt informerade samtycke. 13

14 Sammanfattning Användningen av kobolt-kromlegeringar för metallkeramik har på senare tid ökat. Dessa legeringar är intressanta inte minst av ekonomiska skäl. Det är viktigt att framhålla att valet av legering är tandläkarens ansvar. Emellertid måste valet göras i samråd med patienten och valet skall kunna motiveras. Fördelar och nackdelar skall vägas mot varandra. Kobolt-kromlegeringar kan i flera fall vara ett alternativ till de högädla guldlegeringarna för metallkeramik. Användningen av en viss legering skall dokumenteras i patientjournalen (40). 14

15 Kunskapslänkar PubMed SIS, Swedish Standards Institute NIOM 15

16 Referenser 1. Lyman T (ed). Metals Handbook. Vol. 1: Properties and selection of metals. 8th edition, American Society for Metals, Metals Park, Ohio, USA, Classification system for cast alloys. Council on Dental Materials, Instruments, and Equipment. J Am Dent Assoc 1984:109; Bergman M, Øilo G. Val av dentala material vid behandling med avtagbara proteser. Nordisk klinisk odontologi 21A-VI, A/S Forlaget for faglitteratur, Köpenhamn, Socialstyrelsens föreskrifter och allmänna råd om användandet av dentala gjutlegeringar, ingående i tandtekniska arbeten. SOSFS 1988:3. 5. Socialstyrelsen föreskrifter. Upphävandet av vissa föreskrifter och allmänna råd inom tandvården. SOSFS 1999: Wataha JC. Alloys for prosthodontic restorations. J Prosthet Dent 2002;87: Metal-ceramic dental restorative systems. ISO 9693, Dental base metal casting alloy Part 1 Cobalt based alloys. ISO , Dental casting gold alloys. ISO 1562, Bergman M. Metallografi: Dentala metaller och legeringar. Nordisk klinisk odontologi 7A-VI, A/S Forlaget for faglitteratur, Köpenhamn, Mezger PR, Vrijhoef MMA, Newman SM, Greener EH. The corrosion resistance of a new cobalt-chromium-molybdenium-ceramic alloy. J Oral Rehab 1988;15: Viennot S, Dalard F, Lissac M, Grosgogeat B. Corrosion resistance of cobalt-chromium and palladium-silver alloys used in fixed prosthetic restorations. Eur J Oral Sci 2005;113: Wataha JC, Lockwood PE, Khajotia SS, Turner R. Effect of ph on element release from dental casting alloys. J Prosthet Dent 1998;80: Geis-Gerstorfer J, Sauer K-H, Pässler K. Ion release from Ni-Cr-Mo and Co-Cr-Mo casting alloys. Int J Prosthodont 1991;4: Stenberg T. Release of cobalt from cobalt-chromium alloy constructions in the oral cavity of man. Scand J Dent Res 1982;90: Melo JF, Gjerdet NR, Erichsen ES. Metal release from cobalt-chromium partial dentures in the mouth. Acta Odontol Scand 1983;41: Wataha JC. Biocompatibility of dental casting alloys: a review. J Prosthet Dent 2000;83:

17 18. Wataha JC, Lockwood PE, Mettenburg D, Bouillaguet S. Toothbrushing causes elemental release from dental casting alloys over extended intervals. J Biomed Mater Res 2003;65B: Mjör IA, Hensten-Pettersen A. The biological compatibility of alternative alloys. Int Dent J1983;33: Participants of CSP No. 147, Morris HF. Veterans administration cooperative studies project No.147. Part IV: Biocompatibility of base metal alloys. J Prosthet Dent 1987;58: Pierce LH, Goodkind RJ. A status report of possible risks of base metal alloys and their components. J Prosthet Dent 1989;62: Hensten-Pettersen A. Casting alloys: side-effects. Adv Dent Res 1992;6: Hensten-Pettersen A, Jacobsen N. Perceived side effects of biomaterials in prosthetic dentsistry. J Prosthet Dent 1991:65: Grimaudo NJ. Biocompatibility of nickel and cobalt alloys. Gen Dent 2001;49: Geurtsen W. Biocompatibility of dental casting alloys. Crit Rev Oral Biol Med 2002;13: Hau SQ, Lemons JE. Histology of dog dental tissues with Cu-based crowns. J Dent Res 1989;68SI:322 (abstract 1125). 27. Kansu G, Ayidin AK.Evaluation of the biocompatibility of variuos dental alloys: Part 1 Toxic potentials. Eur J Prosthodont Rest Dent 1996;4: Yang H-C, Pon LA. Toxicity of metal ions used in dental alloys: a study in the yeast Saccharomyces cerevisiae. Drug Chem Toxicol 2003;26: Al-Hiyasat AS, Bashabsheh OM, Darmini H. An investigation of the cytotoxic effects of dental casting alloys. Int J Prosthodont 2003;16: Katzer A, Hockertz S, Buchhorn GH, Loehr JF. In vitro toxicity and mutagenicity of CoCrMo and Ti6Al wear particles. Toxicology 2003;190: Kansu G, Ayidin AK.Evaluation of the biocompatibility of variuos dental alloys: Part 2 Allergenical potentials. Eur J Prosthodont Rest Dent 1996;4: Garhammer P, Schmalz G, Hiller K-A, Reitinger T, Stolz W. Patients with local adverse effects from dental alloys: frequency, complaints, symptoms, allergy. Clin Oral Invest 2001;5: Kunskapsdokument från KDM III. 10. Nickelallergi. Socialstyrelsen Hildebrand HF, Veron C, Martin P. Nickel, chromium, cobolt dental alloys and allergic reactions: an overview. Biomaterials 1989;10:

18 35. Kriebel R, Moore BK, Goodacre CJ, Dykema RW. A comparison of the strength of base metal and gold solder joints. J Prosthet Dent 1984;51: Eriksson T, Sjögren G, Bergman M. Influence of supply of heat to cobalt-chromium frameworks during soldering and subsequent hardening heat treatment of wrought clasps. Swed Dent J 1983;7: Participants of CSP No. 147/242, Morris HF. Properties of cobaltchromium metal ceramic alloys after heat treatment. J Prosthet Dent 1990;63: Kunskapsdokument från KDM Basmetallegeringar för metallkeramik tandtekniska aspekter, Socialstyrelsen Eliasson A, Arnelund C-F, Johansson A. A clinical evaluation of cobaltchromium metal-ceramic fixed partial dentures and crowns: A three- to seven-year retrospective study. J Prosthet Dent 2007;98: Socialstyrelsens föreskrifter och allmänna råd. Dokumentation av patientbehandling inom tandvården m.m. SOSFS 1996:18. 18

19 Dokumentinformation: Institution: Titel: Dokumentdatum: Version: 2.0 Personlig huvudman/huvudexpert: Dokumenttyp: Socialstyrelsen, Kunskapscenter för Dentala Material Oädla legeringar för metallkeramik: Basmetallegeringar Christer Bessing, docent Specialistkliniken för dentala implantat Värmdövägen Nacka Underlag från experter 19